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不同还田方式下小麦秸秆的腐解特征及养分释放规律

更新时间:2009-03-28

秸秆含有大量有机质和植物生长必需的氮、磷、钾及微量元素,秸秆还田不仅能够有效增加土壤有机质含量[1],改良土壤,提高土壤酶活性及作物产量[2-3],而且还能培肥地力,提高土壤养分含量[4-5],同时可改善磷、钾化肥不足的现状[6]。关于秸秆还田的腐解规律及其影响因素的研究多有开展。李新举等[7]在探究土壤深度对还田秸秆腐解速度的影响时发现,埋深5 cm的秸秆腐解速度最快,埋深15 cm稍慢,覆盖在表面的最慢,原因可能是覆盖在表层的秸秆由于土壤水分条件较差而腐解速度较慢。胡宏祥等[8]研究发现,油菜秸秆在种植水稻条件下表层还田腐解速度最快,还田深度在10 cm时腐解速度最慢,20 cm深还田腐解速度居中,原因可能是水稻田土壤表层始终有水覆盖,夏季水温较高,加之表层水溶解氧较高,微生物活跃,因而覆盖在表层的秸秆分解速度快。此外,秸秆的腐解特征与不同深度的土层环境密切相关。岳丹[9]探究不同秸秆种类、耕作措施、添加量、还田深度等因素对秸秆腐解的影响时发现,玉米秸秆比小麦秸秆腐解快,且玉米秸秆中碳、氮、钾的释放也比小麦秸秆快,玉米秸秆腐解率及养分释放率土埋处理比表面覆盖高,传统耕作下还田深度为10 cm的处理腐解最快,表明秸秆腐解及养分释放不仅受还田深度影响,还受秸秆种类和耕作方式的影响[10]

河南省是农业大省,年产秸秆6 000万~8 000万t,焚烧秸秆会导致环境污染、土壤质量下降等一系列问题[11],秸秆还田作为一种农田保护方式正在逐渐被广大农民所接受。鉴于此,本研究分析了不同秸秆还田方式下小麦秸秆腐解特征,以期更好地调控旱作农田小麦秸秆还田腐解速度,推进秸秆的循环利用,为改善农业生态环境提供科学依据。

1.中高速增长成为新的发展趋势。经过长达30多年的高速增长以及外部经济环境的恶化,深圳经济发展轨迹出现大拐点, 2014、2015年降为个位数的增长,表明深圳经济已从高速增长向中高速增长转变。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于许昌县苏桥镇南村石梁河北岸,其基本土壤理化性质为:pH值7.38,容重1.18 g/cm3,全氮1.10 g/kg、氨态氮10.37 mg/kg、硝态氮36.90 mg/kg、全磷2.27 g/kg、有效磷58.10 mg/kg、全钾25.98 g/kg、速效钾240.16 mg/kg、有机质11.23 g/kg。

1.2 供试材料

供试秸秆为小麦秸秆,其成分组成及养分含量见表1。

 

表1 小麦秸秆初始成分组成及养分含量

  

纤维素/%半纤维素/%木质素/%C/%N/%P/%K/%C/N53.5914.0922.9048.510.880.271.3455.13

1.3 试验设计与方法

试验采用尼龙网袋法,于2016年6月19日—9月14日进行秸秆腐解试验。尼龙网袋孔径规格为35 cm×25 cm。将供试小麦秸秆剪切成5 cm左右,称取烘干的小麦秸秆40.00 g,装入尼龙袋中封口,播种玉米后分别覆盖或深埋 (5~10 cm)于垄间。试验设置4个处理:秸秆覆盖还田(T1)、秸秆覆盖还田+常规施肥(T2)、秸秆翻埋还田(T3)、秸秆翻埋还田+常规施肥(T4),每个处理3次重复。每隔15 d左右取样,每次取12个尼龙网袋,取回的尼龙网袋用自来水洗净后烘干称质量。施肥处理的施肥量为N 252 kg/hm2、P2O5 54 kg/hm2、K2O 54 kg/hm2

1.4 测定方法

东营三角洲是研究区古近系沙河街组重要沉积体系之一,分布面积约500km2。该三角洲为大型砂质复合三角洲,三角洲成因的各类砂体及与三角洲有关的浊积砂体是东营凹陷中东部诸多油田的主要油气储集体。

腐解速率=(M0-Mt)/t

秸秆干质量用烘干法测定,烘干温度为60 ℃,将秸秆烘干、研磨后过0.25 mm筛,测定秸秆组成和养分含量。秸秆用H2SO4-H2O2消煮,采用蒸馏法测定全氮(TN)含量,钼锑抗比色法测定全磷(TP)含量,火焰光度计法测定全钾(TK)含量,重铬酸钾-油浴法测定全碳(TOC)含量,小麦秸秆样品中半纤维素、纤维素、木质素含量的测定参考王玉万等[12]的分析方法,按照下列公式计算腐解率、腐解速率、养分释放率。

养分释放率=(M0C0-MtCt)/M0C0×100%

2016年4月,“华山-五院(上海市第五人民医院,以下简称“五院”)-闵行(闵行社区)”医联体签约建设。在此框架下,华山医院在医疗服务、学科建设、教学科研等方面与五院逐步深入融合。从2016年初,华山医院、五院和相关企业开展了医联体及脑卒中单病种业务合作,努力在筛查预警、卒中急救、远程卒中、卒中商保、诊断治疗、随访评估、康复干预等方面创新探索。

腐解率=(M0-Mt)/M0×100%

由图1可知,随着腐解时间的延长,不同处理秸秆的氮、磷、钾释放率逐渐增加。在整个腐解过程中,翻埋秸秆的氮、磷、钾养分释放率均高于覆盖秸秆,这与秸秆腐解率的变化规律相一致。在腐解30 d 内,氮、磷元素释放速率较高,氮、磷释放量分别占释放总量的63.25%、63.10%。钾在前45 d内保持较高水平的释放速率,钾释放量占释放总量的70.05%。3种元素中,钾释放率最大,为81.60%~88.61%,其次是磷元素,为61.98%~74.71%,氮释放率最低,为49.72%~63.84%,表明在秸秆腐解过程中,钾相对于氮、磷更易释放。

1.5 数据分析

采用Excel 2003进行数据计算分析,采用SPSS 21.0对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同还田方式对小麦秸秆腐解特征的影响

抗日战争时期,受党的指引的生活书店,虽在国统区出版工作严重受阻,但仍能够冲破国民党当局“文化围剿”,积极传播社会主义思潮、播撒马列思主义文艺种子、推动早期延安文艺在国统区的传播,其出版发行的文学期刊具有强烈的社会使命感与历史责任感,动员了一大批爱国青年读者走上革命道路;生活书店坚持正确的价值导向,[4]在国统区出版发行进步的文学期刊,为我党的思想文化传播开辟了一条重要通道。另外,生活书店正确的思想导向,还有力地推动了中国进步文学、文化的生产、传播,乃至在新中国文化出版事业的人才储备和培养方面也具有不可磨灭的功绩。

 

表2 不同处理小麦秸秆腐解率腐解速率

  

处理腐解率/%15 d30 d45 d60 d75 d85 d腐解速率/(g/d)15 d30 d45 d60 d75 d85 dT111.12b20.41b30.59b32.06b34.90b37.75b0.45b0.29b0.15b0.13b0.09b0.07bT213.32b23.16b34.57b36.68b38.66b40.80b0.57ab0.33ab0.21ab0.17ab0.12ab0.11abT323.29a37.59a45.62a53.63a58.25a61.00a0.71ab0.51ab0.40ab0.32ab0.24ab0.21abT424.14a41.81a50.66a56.81a60.75a68.34a0.78a0.58a0.45a0.40a0.30a0.26a

注:同列数据后不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。

2.2 不同还田方式对小麦秸秆养分释放的影响

式中:M0为初始秸秆干质量,单位g;Mt为腐解时间为t时的秸秆干质量,单位g;t为腐解时间,单位d;C0为秸秆原始养分含量(%),Ct为腐解时间为t时秸秆养分的含量(%)。

秸秆腐解率是秸秆分解的评价标准之一,腐解率越高,腐熟效果越好。由表2可知,在整个腐解过程中,翻埋秸秆的腐解率显著高于覆盖秸秆,试验结束时,T3、T4分别较T1、T2腐解率提高61.59%、67.50%。随着时间的推移,不同处理小麦秸秆的腐解率逐渐增大,最终翻埋秸秆腐解率为61.00%~68.34%,覆盖秸秆腐解率为37.75%~40.80%。秸秆腐解速率随时间的延长而逐渐减小,15 d时腐解速率最大,后期逐渐减缓,可能是腐解后期秸秆中可溶性有机物减少,剩余部分主要为难分解有机物。而未施氮肥处理的秸秆腐解率和腐解速率低于配施氮肥处理,但差异不显著,说明配施氮肥对秸秆腐解的促进作用不明显。

  

图1 不同处理小麦秸秆养分释放特征

2.3 不同还田方式对小麦秸秆C/N的影响

由图2可知,不同处理的C/N随着腐解时间的延长而逐渐降低。在小麦秸秆腐解的前45 d内,各处理小麦秸秆的C/N均在30以上,而微生物生长的适宜C/N为18~28,因此,在小麦秸秆腐解前期,为避免秸秆生物降解与作物生长发生氮素竞争,秸秆还田一般需要配施一定量的氮肥。在秸秆腐解后期,碳素主要以木质素形态存在,虽然秸秆C/N接近或处于微生物生长的适宜范围,但是木质素形态的碳素难以被微生物利用,因此,秸秆腐解速率变慢。

  

图2 不同处理小麦秸秆C/N变化特征

2.4 不同还田方式对小麦秸秆主要成分含量的影响

由图3可知,在腐解过程中,纤维素、半纤维素、木质素腐解规律与秸秆腐解一致,即3种成分的腐解率随时间延长逐渐增加。覆盖秸秆(T1)纤维素、半纤维素、木质素腐解率分别为47.89%、70.46%、24.51%,翻埋秸秆(T3)纤维素、半纤维素、木质素腐解率分别为60.61%、84.64%、36.58%,覆盖秸秆+常规施肥(T2)纤维素、半纤维素、木质素腐解率分别为50.87%、75.48%、26.27%,翻埋秸秆+常规施肥(T4)纤维素、半纤维素、木质素腐解率分别为61.16%、85.03%、37.30%。T1 纤维素、半纤维素、木质素腐解率较T3降低27.64%、20.12%、49.25%(P<0.05),T2 纤维素、半纤维素、木质素腐解率较T4降低20.22%、12.65%、41.98%(P<0.05)。且30 d后,翻埋秸秆木质素腐解率增幅高于覆盖还田,表明翻埋还田方式对于木质素降解有明显的促进作用,而氮肥的施用对秸秆组成成分的降解没有显著影响。腐解结束后,各处理纤维素腐解率为47.89%~61.16%,半纤维素为70.46%~85.03%,木质素为24.51%~37.30%。

  

图3 不同还田方式小麦秸秆主要成分腐解特征

3 结论与讨论

卢秉林等[13]对玉米秸秆不同还田方式腐解特征进行研究,刘世平等[14]对水稻秸秆不同还田方式腐解特征进行研究,结果均证实翻埋秸秆处理腐解速率高于秸秆覆盖处理,本研究得出相似的结论,即土壤微生物在秸秆腐解中起主要作用[15-16]。覆盖还田的秸秆由于阳光照射以及水分挥发,微生物难以在其上定殖,相对于覆盖还田,翻埋还田增加了土壤与秸秆的接触面积,也增加了土壤微生物与秸秆的接触,同时土壤深层保存有适宜的水分,更能促进秸秆降解菌的降解活性,促进小麦秸秆的降解[17]

还田秸秆的腐解与土壤环境和秸秆自身组成、结构密切相关[18],秸秆含有少量的易降解有机质,在秸秆腐解初期,土壤中微生物可利用易降解有机质为碳源和能源进行快速生长,导致纤维素、木质素复杂结构破坏[19-20],这也是秸秆前期快速腐解的原因之一。随着腐解时间的延长,秸秆中易腐解的物质逐渐减少,难降解有机质比例增大,秸秆的腐解速率也随之减缓。秸秆养分的释放速率取决于养分元素的存在形式,钾元素在秸秆中70%以水溶态存在,少部分以有机态形式存在,磷元素的60%是以离子形式存在的,而氮元素主要以木质素有机态形式存在。本研究中,钾释放速率最高,氮最低,这与闫超[21]的研究结果一致。各处理的小麦秸秆腐解速率、组成成分降解、养分释放均呈现出前期快、后期慢的趋势,且翻埋还田处理高于覆盖还田处理,这与李逢雨等[22]研究结果相似。本研究施肥处理对秸秆腐解速率及养分释放影响不显著,可能原因是田间施肥方式所致。试验田采用种肥同施,即玉米种子与颗粒复合肥同时穴施,导致尼龙网袋里的秸秆与所施肥料不能充分结合,造成影响不显著的结果,在以后的试验中,应充分考虑和妥善解决此问题,使得尼龙网袋法更能真实反映土壤实际情况。

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刘单卿,李顺义,郭夏丽
《河南农业科学》 2018年第04期
《河南农业科学》2018年第04期文献

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